PENGGUNAAN KOMPOSIT GEOPOLIMER UNTUK PIPA TAHAN
PANAS DAN KOROSI
Skripsi
Oleh
Arizon
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2019
ABSTRACT
USING GEOPOLYMER COMPOSITES FOR HEAT AND CORROSIONRESISTANT PIPES
By
ARIZON
Piping is a transportation means in draining fluid. In a certain condition, it isneeded a pipe that is resistant to corrosion, scale deposits and heat themperature.The problems that appears by using steel pipe are the speed in corrosing anddeposits in scaling. However, the use of PVC pipe (plastic pipe) is not resistant inheat themperature. This research is an attempt to obtain materials that is resistantto heat and corrosion. The materials used is rice husk silica, which is then mixedwith other geopolymer composites materials. With the taguchi method a largenumber of experiments are performed to get the best sample. It gets the bestcomposition which gets Flexural Strength with average 58,16 Mpa, thecomposistion are 27 gr of Silicon Dioxide, 51 gr Caolin, 9 gr CaO, 13 gr CarbonFiber, 22,5 gr Sodium Silicate and 7,5 gr Sodium Hidroksida. After that, theoptimum composition is used in printing the geopolymer pipe by CentrifugalCasting method. It gets the test result Hoop Tensile Strength with average 0,76Mpa. According to the Taguchi analysis, the optimum composition of thegeopolymer composites that is generated are 33 gr Silicon Dioxide, 51 gr Caolin,9 gr CaO, 13 gr Carbon Fiber, 22,5 gr Sodium Silicate and 7,5 gr SodiumHidroksida.
Keyword : Geopolymer, Pipe, Flexural Strength, Hoop Tensile Strength, TaguchiMethod, Centrifugal Casting.
ABSTRAK
PENGGUNAAN KOMPOSIT GEOPOLIMER UNTUK PIPA TAHANPANAS DAN KOROSI
Oleh
ARIZON
Perpipaan merupakan sarana transportasi untuk mengalirkan fluida. Dalamkondisi tertentu dibutuhkan pipa yang tahan terhadap korosi, endapan kerak dantemperatur panas. Masalah yang muncul pada penggunaan pipa baja ialah lajukorosi dan endapan kerak yang tinggi, sedangkan penggunaan pipa PVC(Berbahan Plastik) tidak tahan terhadap temperatur panas. Penelitian inimerupakan suatu upaya untuk mandapatkan material yang tahan terhadap panasdan korosi. Material yang digunakan adalah silika sekam padi, yang kemudiandicampurkan dengan bahan-bahan komposit geopolimer lainnya. Dengan metodetaguchi dilakukan eksperimen dalam jumlah yang banyak untuk mendapatkansampel terbaik. Dihasilkan komposisi terbaik yang menghasilkan FlexuralStrength rata-rata 58,16 Mpa, dengan komposisi 27 gr Silikon Dioksida, 51 grKaolin, 9 gr CaO, 13 gr serat karbon, 22,5 gr Sodiuim Silikat dan 7,5 gr SodiumHidroksida. Kemudian komposisi optimum tersebut digunakan untuk pencetakanpipa geopolimer dengan cara Centrifugal Casting. Didapatkan hasil pengujianHoop Tensile Strength dengan rata-rata 0,76 MPa. Berdasarkan analisis Taguchikomposisi komposit geopolimer optimum yang dihasilkan adalah 33 gr SilikonDioksida, 51 gr Kaolin, 9 gr CaO, 13 gr Serat Karbon, 22,5 gr Sodium Silikat dan7,5 gr Sodium Hidroksida.
Kata Kunci : Geopolimer, Pipa, Flexural Strength, Hoop Tensile Strength, MetodeTaguchi, Centrifugal Casting.
PENGGUNAAN KOMPOSIT GEOPOLIMER UNTUK PIPA TAHAN
PANAS DAN KOROSI
Oleh
Arizon
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar
SARJANA TEKNIK
pada
Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Lampung
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
2019
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Desa Padang Cahya, Liwa,
Lampung Barat pada tanggal 23 Mei 1995 sebagai anak
ke empat dari empat bersaudara dari pasangan Ishak dan
Nuryati. Penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah
Dasar di SD Negeri 2 Padang Cahya , Kecamatan Balik
Bukit, Liwa, Lampung Barat pada tahun 2007. Selanjutnya melanjutkan
pendidikan di Sekolah Menengah Pertama di SMP Negeri 1 Liwa pada tahun
2007, lulus pada tahun 2010, dan menyelesaikan pendidikan di Sekolah
Menengah Atas di SMK 2 Mei Bandar Lampung pada tahun 2013. Pada tahun
2013 penulis terdaftar sebagai mahasiswa Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Lampung melalui jalur penerimaan Seleksi Bersama Masuk
Perguruan Tinggi Negeri (SBMPTN). Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif
mengikuti kegiatan organisasi Himpunan Mahasiswa Teknik Mesin (HIMATEM)
Universitas Lampung sebagai anggota Divisi Olahraga periode 2014-2015, dan
periode 2015-2016 menjadi Kepala Divisi Olahraga. Penulis juga mengikuti
organisasi Badan Eksekutif Mahasiswa. Penulis melakukan Kerja Praktik (KP) di
PT. Bukit Asam yang bertempat di Jl. Soekarno-Hatta, Kab. Lampung Selatan
pada tahun 2017. Pada tahun 2018 penulis melakukan penelitian pada bidang
Perancangan dan Konstruksi dengan judul “Penggunaan Komposit Geopolimer
Untuk Pipa Tahan Panas dan Korosi.” dibawah bimbingan Bapak Dr. Jamiatul
Akmal, S.T., M.T. dan Bapak Moh. Badaruddin, S.T., M.T., Ph.D.
MOTTO
Semakin Banyak Kita Tahu
Semakin Kita Tidak Tahu
PERSEMBAHAN
Segala Puji dan Syukur kepada Allah SWT.
Karena berkat rahmat dan karunianya yang telah diberikan kepada Umatnya.
Bapak dan Ibu yang kusayangi: Bapak Ishak dan Ibu Nuryati, yang telah
membesarkan dan memberikan didikan serta tak henti memberikan do’a,
semangat, dan dukungan kepada anak-anaknya.
Saudara-saudaraku, Anita Hastari Ningsih, Andri Saputra dan M. Reza Putra.
Para Pendidik yang telah mengajar dengan penuh kesabaran
Teman Seperjuangan Teknik Mesin Angkatan 2013
Almamaterku tercinta Universitas Lampung
i
SANWACANA
Assalamu’alaikum Wr. Wb.
Alhamdulillahirobbilalamin, Penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang
senantiasa melimpahkan rahmat dan hidayah, serta inayah-Nya kepada penulis
sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir dengan
mempersembahkan judul "Penggunaan Komposit Geopolimer Untuk Pipa Tahan
Panas dan Korosi" dengan sebaik-baiknya. Salawat beriring salam selalu tercurah
kepada junjungan seluruh alam Nabi Muhammad SAW, sahabatnya, serta para
pengikutnya yang selalu istiqomah diatas jalan agama islam.
Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis banyak mendapat bimbingan,
motivasi dan bantuan baik moral maupun materi oleh banyak pihak. Untuk itu
dengan sepenuh ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Prof. Suharno, M.S., M.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Lampung.
2. Bapak Dr. Amrul, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas
Lampung.
3. Bapak Dr. Jamiatul Akmal, S.T., M.T selaku Sekretaris Jurusan Teknik
Mesin Universitas Lampung.
ii
4. Bapak Dr. Jamiatul Akmal, S.T., M.T selaku dosen pembimbing utama tugas
akhir, atas banyak waktu untuk membantu dan ide pemikiran yang telah
diberikan untuk membimbing penulis sehingga dapat menyelesaikan tugas
akhir ini.
5. Bapak Moh. Badaruddin, S.T., M.T., Ph.D. selaku pembimbing kedua tugas
akhir ini, yang telah banyak memberikan waktu dan pemikiran serta saran
bagi penulis.
6. Bapak Ahmad Su’udi, S.T., M.T. selaku dosen pembahas yang telah
memberikan waktu, ide pemikiran dan saran yang bermanfaat bagi penulis.
7. Seluruh dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung berkat ilmu yang
telah diajarkan kepada penulis selama penulis menjalani masa studi di
perkuliahan.
8. Staf Akademik serta Asisten Laboratorium yang telah banyak membantu
penulis, sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
9. Kedua Orang Tua dan Keluarga tercinta yang selalu memberikan dukungan
baik berupa doa maupun materi dan sekaligus menjadi inspirator bagi penulis
dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
10. Teman-teman seperjuangan di kampus Milia Rahman, Kusuma Cakra
W.,Ahmad Ihsanuddin, Arisandi, M. Kresna Ismoyo, Ismayanti,
Wahyudytama, Kelvin Fernando P., dan Nuryanto yang telah banyak
memberikan inspirasi dan bantuan terhadap penulis.
11. Semua rekan di Teknik Mesin khususnya teman-teman angkatan 2013 untuk
kebersamaan yang telah dijalani.“Salam Solidarity Forever”.
iii
12. Ceryna Febry yang selalu memberikan dukungan dan semangat kepada
penulis.
13. Dan semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan tugas akhir ini
yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu.
Akhir kata, Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan,
akan tetapi sedikit harapan semoga yang sederhana ini dapat berguna dan
bermanfaat bagi kita semua.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
Bandar Lampung, 12 Desember 2019Penulis
ARIZONNPM. 1315021010
iv
DAFTAR ISI
SANWACANA .................................................................................................. i
DAFTAR ISI......................................................................................................iv
DAFTAR TABEL .............................................................................................vii
DAFTAR GAMBAR .........................................................................................viii
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang............................................................................................. 11.2 Tujuan Penelitian......................................................................................... 31.3 Manfaat Penelitian....................................................................................... 31.4 Batasan Masalah .......................................................................................... 41.5 Sistem Penulisan.......................................................................................... 4
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Komposit....................................................................................................... 72.1.1 Pembentuk Material Komposit ........................................................... 72.1.2 Klasifikasi Komposit .......................................................................... .82.1.3 Silika Sekam Padi .............................................................................. .9
2.2 Geopolimer ..................................................................................................132.2.1 Bahan Dasar Geopolimer....................................................................142.2.2 Aktivator .............................................................................................152.2.3 Serat Karbon .......................................................................................16
2.3 Centrifugal Casting ......................................................................................162.4 Pengujian Bending Three Point ...................................................................182.5 Pengujian Hoop Tensile Strength .................................................................202.6 Pengujian Water Absorb ..............................................................................222.6 Scanning Electron Microscopy (SEM) ........................................................222.8 Rancangan Penelitian....................................................................................23
2.8.1 Metode Taguchi ..................................................................................232.8.2 Tahap Perencanaan Penelitian ............................................................24
v
2.8.3 Tahap Pelaksanaan Penelitian.............................................................252.8.4 Tahap Analisa .....................................................................................262.8.5 Matriks Ortogonal...............................................................................27
III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian.......................................................................293.2 Tahapan Penelitian........................................................................................29
3.2.1 Survey Lapangan dan Studi Literatur .................................................293.2.2 Pembuatan Spesimen Pengujian .........................................................303.2.3 Pengujian Spesimen ...........................................................................303.2.4 Tahap Analisa ....................................................................................30
3.3 Pengolahan Data Komposis Geopolimer......................................................303.4 Pembuatan Spesimen Uji Bending Three Point............................................313.5 Penyiapan Bahan-Bahan Untuk Pembuatan Pipa .........................................32
3.5.1 Bahan-Bahan yang Digunakan ..........................................................323.5.2 Persiapan Pembuatan Pipa .................................................................33
3.6 Proses Centrifugal Casting ...........................................................................333.6.1 Alat-alat yang Digunakan .................................................................333.6.2 Proses Pembuatan Pipa ......................................................................34
3.7 Pembuatan Spesimen Pengujian Hoop Tensile Strength ..............................353.8 Pengujian Sifat Mekanik Geopolimer ..........................................................37
3.8.1 Pengujian Bending Three Point .........................................................373.8.2 Proses Hoop Tensile Strength ............................................................383.8.3 Proses Water Absorb .........................................................................39
3.9 Diagram Alir Penelitian ...............................................................................41
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Pengujian Komposit Geopolimer ...............................................434.1.1 Data Hasil Pengujian Bending Three Point ........................................434.1.2 Data Hasil Pengujian Hoop Tensile Strength .....................................494.1.3 Data Pengujian Penyerapan Air .........................................................52
4.2 Pengaruh dan Optimasi Dengan Metode Taguchi ........................................564.2.1 Rasio S/N............................................................................................57
4.1 Hasil Pengujian SEM....................................................................................61
V. PENUTUP
5.1 Kesimpulan ...................................................................................................645.2 Saran .............................................................................................................65
vi
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
No. Keterangan Tabel Halaman
Tabel 2.1 Ukuran Spesimen Menurut ASTM C 1161..........................................20
Tabel 2.2 Contoh Matriks Ortoggonal Dalam Eksperimen .................................28
Tabel 3.1 Desain Komposisi yang Akan Dibuat Dengan Metode Taguchi .........31
Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Bending Three Point .........................................43
Tabel 4.2 Data Hasil Perhitungan Teganga Lentur ..............................................44
Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian Hoop..................................................................49
Tabel 4.4 Data Hasil Perhitungan Hoop Tensile Strength ...................................49
Tabel 4.5 Data Hasil S/N Rasio Pada Komposisi Percobaan...............................57
Tabel 4.6 Data Hasil Respon S/N Rasio Larger is Better....................................58
Tabel 4.7 Data Hasil Means .................................................................................58
viii
DAFTAR GAMBAR
No. Keterangan Halaman
Gambar 2.1 Komposit Berpenguat Serat ............................................................. .8
Gambar 2.2 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Penguatnya ............................... .9
Gambar 2.3 Komposit Dengan Serat Continuous dan Discontinuous .................10
Gambar 2.4 Silika Sekam Padi ............................................................................13
Gambar 2.5 Serat Karbon.....................................................................................17
Gambar 2.6 Pengujian Bending Three Point........................................................18
Gambar 2.7 Alat Pengujian Hoop Tensile Strength .............................................21
Gambar 3.1 Geometri Spesimen Pengujian Bending Three Point.......................31
Gambar 3.2 Inkubator ..........................................................................................33
Gambar 3.3 Cetakan Pipa.....................................................................................34
Gambar 3.4 Mesin Centrifugal Casting ...............................................................34
Gambar 3.5 Hasil Pencetakan Pipa Geopolimer ..................................................35
Gambar 3.6 Geometri Spesimen Pengujian Hoop ...............................................36
Gambar 3.7 Pipa Geopolimer yang Akan Dipotong ............................................36
Gambar 3.8 Spesimen Pipa Geopolimer Siap Uji ................................................37
Gambar 3.9 Pengujian Bending Three Point ........................................................38
Gambar 3.10 Pengujian Hoop Tensile Strengh .....................................................39
Gambar 3.11 Pengujian Water Absorb..................................................................40
ix
Gambar 3.12 Diagram Alir Penelitian ..................................................................41
Gambar 4.1 Grafik Tegangan Lentur ...................................................................45
Gambar 4.2 Grafik Modulus Elastisitas ...............................................................47
Gambar 4.3 Deformasi Spesimen Setelah Pengujian...........................................49
Gambar 4.4 Grafik Hoop Tensile Strength ..........................................................50
Gambar 4.5 Grafik Tegangan – Regangan Hoop Tensile Strength......................51
Gambar 4.6. Pipa Geopolimer Berdasarkan Standar ASTM D 2290 ...................51
Gambar 4.7. Grafik Nilai Penyerapan Air Untuk Bending Three Point ...............53
Gambar 4.8 Grafik Nilai Penyerapan Air Untuk Pipa Geopolimer .....................54
Gambar 4.9 Grafik Signal to Noise Terhadap Kekuatan Lentur Geopolimer......59
Gambar 4.10 Grafik Means Dari Komposisi Geopolimer ...................................59
Gambar 4.11 Hasil Pengujian SEM Pada Spesimen 3.........................................61
Gambar 4.12 Hasil Pengujian SEM Pada Spesimen 1.........................................62
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perpipaan merupakan sarana transportasi untuk mengalirkan fluida yang
umum dipakai di industri. Saat ini yang banyak dipakai di industri ialah pipa
baja. Tetapi dalam kondisi tertentu dibutukan pipa yang tahan terhadap korosi
dan tahan temperatur panas. Khususnya di industri geothermal. Salah satu
masalah yang muncul saat penggunaan pipa baja ialah laju korosi dan
endapan kerak pada pipa yang dipakai, sedangkan penggunaan pipa pvc
berbahan plastik tidak tahan terhadap temperatur panas. Hal ini dapat
menimbulkan kerugian bagi perusahaan. Di Indonesia, perusahaan
PERTAMINA harus mengeluarkan USD 6 -7 untuk penggantian/perawatan
pipa baja yang digunakan (Akmal dkk, 2019).
Geopolimer merupakan salah satu material yang tahan terhadap temperatur
panas dan tahan terhadap korosi. Geopolimer merupakan hasil sintesis dari
bahan dasar yang banyak mengandung ikatan unsur alumina (Al), Silika (Si)
dan oksida. Geopolimer terbuat dari bahan seperti limbah industri batu bara
yaitu abu fly-ash dan bahan lainnya yang mangandung unsur silika. bahan
2
tersebut akan menjadi material yang kuat jika diaktivasi dengan aktivator
berupa Sodium Hidroksida dan Sodium Silikat (Suwanto, 2017).
Tujuan penelitian ini adalah mengetahui sifat – sifat mekanik pipa geopolimer
sebagai pipa alternatif. Keberhasilan dari penelitian ini diharapkan mampu
menjawab masalah yang dihadapi pada pipa, yaitu masalah tingkat korosi
yang tinggi dan tahan terhadap temperatur panas, Sehingga berdampak
terhadap efisiensi dan biaya perawatan yang murah. Penelitian ini juga
diharapkan dapat membantu mengatasi persoalan limbah fly-ash dan
memberikan nilai tambah terhadap limbah industri tersebut.
Komposisi dari komposit geopolimer yang ditambahkan unsur silikon
dioksida, kemudian akan dicetak sesuai dengan standar ASTM C 1161, Lalu
diuji dengan metode Bending Three Point. Setelah didapatkan komposisi
yang terbaik. Komposit geopolimer akan dicetak menggunakan mesin
centrifugal cating. Cetakan pipa akan digerakan oleh motor penggerak. Motor
penggerak akan memberikan gaya sentrifugal sehingga bahan geopolimer
yang ada dalam cetakan pipa akan terbentuk menjadi pipa. Setelah menjadi
pipa geopolimer kemudian dibuat sesuai dengan standar ASTM D. Kemudian
pengujian sifat mekanik berupa pengujian Hoop tensile strength. serta
pengujian daya serap air.
Pengoptimalan komposit geopolimer dengan menambahkan unsur silikon
dioksida pada Pembuatan pipa geopolimer dengan menggunakan cetakan
3
centrifugal casting, diharapkan mampu menambah kekuatan dari pipa
komposit geopolimer yang tahan terhadap temperatur panas dan tahan korosi.
1.2 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
a. Mengetahui pengaruh penambahan silikon dioksida dan sodium silikat
terhadap sifat mekanik komposit geopolimer.
b. Melakukan optimasi terhadap komposisi komposit geopolimer untuk
menghasilkan sifat mekanik yang maksimum.
c. Pembuatan pipa komposit geopolimer dengan Centrifugal Casting dan
mengetahui sifat mekaniknya.
1.3 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah sebgai berikut :
a. Mengembangkan ilmu pengetahuan terhadap komposit geopolimer untuk
pengaplikasian pada pipa geopolimer.
a. Memberikan nilai tambah terhadap limbah dari penggilingan padi seperti
sekam padi.
4
1.4 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dalam penelitian ini dibatasi dalam beberapa hal
yaitu sebagai berikut :
a. Komposisi bahan baku geopolimer seperti Silikon Dioksida (SiO2), Kaolin,
Kalsium Oksida (CaO) dan Serat Karbon.
b. Pengujian sifat mekanik Flexural Three Point dan Hoop Tensile Strength
dengan standar ASTM C 1161 dan ASTM D 2290, Pengujian daya serap
air (Water absorber) dan Pengujian SEM.
1.5 Sistematika Penulisan
Adapun sistematika dalam penulisan yang digunakan penulis dalam
penyusunan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
BAB I : PENDAHULUAN
Pada bab ini diuraikan tentang latar belakang, tujuan penelitian, manfaaat
penelitian, batasan masalah, serta sistematika penulisan.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Pada bab ini berisikan landasan teori dari beberapa literatur yang mendukung
pembahasan tentang studi kasus yang diambil. Sifat-sifat mekanik
5
geopolimer seperti Silikon dioksida, CaO, Kaolin, serat karbon, sodium
hidroksida, sodium silikat dan Centrifugal Casting. Pengujian standar ASTM
C 1161, ASTM D 2290 dan pengujian SEM. Dasar teori ini akan dijadikan
sebagai penuntun untuk memecahkan masalah seperti kualitatif dan model
matematis.
BAB III : METODOLOGI PENELITIAN
Pada bab ini dijelaskan tentang metode yang digunakan penulis dalam
pelaksanaan tugas akhir yaitu tentang diagram alur penelitian, penyiapan
spesimen uji, pembuatan spesimen uji, pengujian mekanik dengan
menggunakan standar ASTM C 1161, ASTM D 2290 dan Pengujian
penyerapan air.
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini berisikan data-data yang diperlukan dan pembahasan tentang
masalah yang dihadapi dalam penelitian yaitu pengujian Bending Three
Point, Hoop Tensile Strength, pengujian penyerapan air dan Pengujian SEM
lalu kemudian dianalisa.
6
BAB V : SIMPULAN DAN SARAN
Pada bab ini berisIkan kesimpulan dan saran dari data-data yang diperoleh
dari studi kasus yang dilakukan.
DAFTAR PUSTAKA
Berisikan referensi yang diperoleh penulis untuk menunjang penyusunan
laporan penelitian.
LAMPIRAN
Terdiri dari data-data gambar dan tabel yang mendukung atau hal-hal lain
yang dianggap perlu.
7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Komposit
Komposit dapat didefinisikan sebagai kombinasi dari dua atau lebih bahan
atau material untuk menghasilkan sifat material yang lebih baik. Sifat
material yang dihasilkan tersebut akan baik dari segi kekuatan maupun
kekakuan. keuntungan utama dari komposit ialah selain dari peningkatan
kekuatan dan kekakuan. komposit mempunyai kepadatan yang rendah
sehingga memungkinkan penurunan massa (Campbell, 2010). Konsep dari
komposit itu sendiri adalah dengan menambahkan penguat serat atau partikel
lain kedalam matriks yang dapat berupa logam, keramik maupun plastik
Tujuan utama dari pembuatan komposit ialah untuk meningkatkan sifat
mekanik atau sifat-sifat lainnya. dimana sifat material akhir yang dihasilkan
akan memilki kekuatan dan kekakuan yang tinggi dan mempunyai nilai massa
yang ringan serta komposit memiliki sifat tahan korosi yang lebih baik
dibandingkan dengan besi dan alumunium.
8
Gambar 2.1 Komposit berpenguat serat (Apriyahanda, 2018)
2.1.1 Pembentuk Material Komposit
Di dalam pembentukan komposit terdiri atas 2 fasa yaitu sebagai
berikut :
a. Matriks
Matriks merupakan suatu fasa yang berfungsi sebagai pengikat serta
mengisolasi dari serat atau partikel lainnya. matriks juga dapat
memberikan bentuk dan kekakuan terhadap struktur komposit yang
akan dibuat.
b. Penguat
Penguat merupakan bahan utama dari pembuatan komposit karena
berfungsi sebagai penahan dari suatu tegangan yang didapat atau
diberikan. kualitas dari suatu komposit tergantung dari ukuran dari
partikel, komposisi dari suatu bahan, waktu dan teknik pencampuran
dan sintering atau pengeringan.
9
2.1.2 Klasifikasi Komposit
Berdasarkan Penguatnya klasifikasi komposit dapat dibagi menjadi tiga
yaitu komposit serat, komposit partikel, dan komposit struktural yang
dapat dilihat pada bagan dibawah ini :
Gambar 2.2 Klasifikasi komposit berdasarkan penguatnya (Calister dkk,
1940)
a. Komposit dengan berpenguat serat (Fiber Reinforced Composites)
Secara teknologi komposit yang paling baik adalah komposit yang
berpenguat serat karena desain komposit yang diperkuat dengan
serat akan memiliki kekuatan dan kekakuan yang tinggi sehingga
mampu menahan beban yang tinggi. karakteristik dari sifat komposit
berpenguat serat memiliki parameter modulus yang spesifik dengan
rasio kekuatan tarik untuk gravitasi dan modulus elastisitas
terhadapa gravitasi spesifik.
10
Dalam komposit yang berpenguat serat karbon ada dua jenis serat
yang terbentuk dalam desain komposit yaitu serat secara continous
dan serat discontinous, maksud dari serat continuous (terus-menerus)
ialah serat yang terdapat dalam komposit tidak terputus-putus dan
serat discontinuous ialah serat yang terputus-putus yang terdapat
dalam komposit, dapat dilihat pada gambar 2.3 dibawah ini :
Gambar 2.3 Komposit dengan serat continuous dan discontinuous
(Campbell, 2010)
11
b. Komposit dengan berpenguat partikel (Particle Reinforced
Composites)
Komposit partikel adalah komposit yang penguatnya berbentuk
partikel-partikel dan sifat yang dapat didapatkan ialah bentuknya
yang besar dan permukaannya yang datar. Dalam klasifikasi
komposit berpenguat partikel ada dua jenis dari komposit partikel
yaitu komposit partikel besar (Large particle composit) dan
komposit yang diperkuat dengan dispersi (dispersion strengthened
composites).
1. Komposit partikel besar (Large particle composit)
Komposit partikel besar ialah bahan komposit yang dijadikan
sebagai matriks, kemudian matriks dimodifikasi atau
ditingkatkan sifat-sifat dari material. kemudian selanjutnya
fraksi dari volume dua fase mempengaruhi prilaku mekanis
dengan meningkatnya partikulat. dalam komposit partikel besar
perbandingan antara modulus elastisitas fraksi antara volume
matriks dengan volume partikel akan menentukan kekerasan
suatu komposit geopolimer.
2. komposit yang diperkuat dengan dispersi (dispersion
strengthened composites).
Komposit yang diperkuat dengan dispersi ialah komposit yang
diperkuat dan dikeraskan oleh dispersi yang seragam dari
beberapan persen volume partikel halus dari bahan yang sangat
12
keras dan lembab. mekanisme penguatan melibatkan interaksi
antara partikel dan dislokasi dalam matriks. pada komposit
berpenguat disperse temperatur dipertahankan pada temperature
yang dan waktu yang dengan partikel yang dipakai berdiameter
0,1 sampai dengan 0,2 µm (Calister dkk, 1940).
c. Komposit struktural (Structural composites)
Komposit struktural ialah komposit yang terdiri atas dua atau lebih
lapisan yang dipadukan menjadi satu lapisan, dimana setiap
lapisannnya memiliki karateristik yang berbeda-beda.
2.1.3 Silika Sekam Padi
Silika sekam padi ialah serbuk dari hasil sintesis dari sekam, sintesis dari
sekam padi dengan menggunakan larutan NaOH dapat menghasilkan
sekitar 9,01 silika padi (Soltani dkk, 2014). Serbuk dari silika sekam
padi dapat berguna sebagai perekat pada teknologi komposit geopolimer
dan berfungsi sebagai pengisi pada ruang-ruang yang kosong pada
butiran teknologi komposit geopolimer. dengan kata lain silika dari
sekam padi dapat dimanfaatkan sebagai salah satu campuran untuk
teknologi komposit geopolimer karena bersifat serbuk sehingga mudah
digunakan.
13
Gambar 2.4 Silika Sekam Padi
2.2 Geopolimer
Geopolimer pertama kali dikemukan oleh Prof. Davidovits pada tahun 1978.
Ia mengungkapkan bahwa, Geopolimer merupakan hasil sintesis dari bahan
dasar yang banyak mengandung ikatan unsur alumina (Al), Silika (Si) dan
oksida. properti dan penggunaannya geopolimer sedang dieksplorasi dalam
banyak hal seperti kimia, kimia fisik, kimia koloid, mineralogi, geologi, dan
semua jenis teknologi rekayasa. Penelitian sebelumnya menyatakan bahan
geopolimer diperoleh dari bahan yang mudah didapatkan dengan harga cukup
terjangkau seperti sekam padi dan fly ash dengan mensintesis bahan tersebut.
Kekuatan tekan geopolimer dapat mencapai hingga 20 MPa dalam waktu
beberapa jam setelah proses polimerisasi dan mencapai 70-100 MPa dalam
waktu polimerisasi kurang dari satu bulan (Davidovits, 1991).
Seperti penelitian yang dilakukan oleh Okoye dkk, pada tahun 2015,
melakukan penelitian dengan membuat geopolimer berbahan variasi
komposisi fly ash, kaolin, sodium silikat, agregat, fine sand, dan activator
dan perbandingan aktivator yaitu campuran ordinary Portland cement (OPC).
14
spesimen kemudian di-curing selama 72 jam pada temperature 1000c dan
didapatkan komposisi terbaik pada mix 12 yang spesimen uji mencapai
kekutan tekan sebesar 45,1 MPa.
2.2.1 Bahan Dasar Geopolimer
Pada dasarnya geopolimer terbuat dari 3 bahan utama yang terdiri dari
silica dan alumina, penguat dan aktivator. namun seiring berjalannya
jaman banyak bahan geopolimer yang ramah lingkungan dan kebih
ekonomis.
a. Fly Ash
Fly ash ialah bahan geopolimer yang berasal dari sisa pembakaran
batu bara yang mengandung mengandung silikon dioksida ),
besi oksida (Fe ), magnesium oksida (Mg ), Kalsium oksida
(CaO), dan aluminum oksida ( ). selain itu ukuran partikel dari
fly ash juga mempengaruhi tingkat workability dan compressive
strength dari fly ash, semakin halus fly ash yang digunakan maka
tingkat workability dan compressive strength akan semakin baik dan
begitu pula sebaliknya (Satria dkk, 2016).
b. Kalsium Oksida (CaO)
Kalsium oksida merupakan bahan yang terbentuk dari Kristal basa
dan zat padat putih yang mengandung kalsium oksida, oksida,
hidroksida kalsium, silicon, magnesium, alumunium, dan besi yang
didominasi oleh batu gamping (Suwanto, 2017)
15
c. Kaolin
Kaolin adalah bahan batuan putih yang berbentuk butiran halus yang
berwarna putih, daya perekat yang tinggi dari kaolin, sifat yang
lembut, tidah abrasif dan memiliki konduktivitas panas dan listrik
yang rendah membuat kaolin banyak dimanfaatkan di dunia industri
karena bahan yang serba guna seperti pelapisan kertas dan bahan
campuran cat (Prasad dkk, 1991).
d. Silika Sekam Padi
Sekam padi di Indonesia merupakan limbah yang sangat banyak
yang penggunaannya belum maksimal sehingga dengan pengolahan
yang maksimal dapat mebuat sekam padi menjadi nilai ekonomis
yang tinggi. menurut Soltani, (2014) sekam padi mengandung silikon
dioksida (SiO2) sebesar 9,01 % yang dapat diambil. Sintesis dari
sekam padi untuk memperoleh silikon dioksida (SiO2) ada dua dua
cara yaitu dengan cara metode alkalis dan metode pengabuan
(Suparman, 2010).
2.2.2 Aktivator
Aktivator merupakan larutan alkali yang digunakan untuk
menghasilkan kekuatan maksimum dari suatu geopolimer, larutan alkali
aktivator terdiri dari sodium silikat (Na2SiO3) dan sodium hidroksida
(NaOH).
16
a. Sodium Silikat (Na2SiO3)
Sodium silikat atau water glass adalah garam natrium karbonat
kompleks yang terdiri senyawa natrium karbonat (Na2CO3) dan
silikon dioksida (SiO2) , zat pembentuk sodium silikat terdiri dari
silika (konstituen primer), Alkali (sodium oxide), air (hidrous dan
sifat anhidrat). dalam pengunaannya dan aplikasinya Semakin cepat
polimerisasinya semakin tinggi banyak oksigen yang dibagi antara
. Salah satu faktor penentu penting dari sifat dan aktivitas
fungsional dari jenis natrium tertentu (Ozkan, 2016)
b. Sodium Hidroksida (NaOH)
Sodium Hidroksida (NaOH) merupakan zat yang berfungsi
mereaksikan unsur Al dan Si yang terkandung dalam material
geopolimer sehingga menghasilkan ikatan polimer yang kuat
(Prasetyo, 2015). sodium hidroksida juga berfungsi zat pembersih
dari kotoran-kotoran dalam proses sintesis dan sebagai penyerap
karbondioksida.
2.2.3 Serat Karbon
Serat karbon merupakan serat yang kuat, kekuatan dari serat melebihi
dari pada baja dalam penggunaanya untuk komponen struktur. Selain
sangat ringan serat karbon juga tahan terhadap lingkungan yang agresif,
stabil pada temperatur yang tinggi dan tahan terhadap abrasi. Sifat dari
serat karbon yang kaku menjadikan serat karbon bahan yang tahan
17
korosi dan banyak digunakan dalam aplikasi komposit geopolimer
(Suwanto, 2017).
Gambar 2.5 Serat Karbon
2.3 Centrifugal Casting
Centrifugal Casting ialah merupakan proses cetakan yang dapat
menghasilkan produk berbentuk pipa dengan memanfaatkan gaya sentrifugal
sehingga pada saat bahan dituangkan kedalam cetakan, gaya sentrifugal akan
mendorong atau mendistribusikan seluruh bahan ke dinding cetakan sehingga
bahan merata seluruhnya ke dinding cetakan. mencetak dengan menggunakan
cetakan Centrfiugal casting akan membuat bahan cetakan mempunyai seluruh
permukaan bahan yang merata dari permukaan luar dan dalam (Wahid, 2017).
18
2.4 Pengujian Bending Three Point (ASTM C 1161)
Dalam mengetahui kekuatan suatu material dapat dilakukan dengan pengujian
bending terhadap material tersebut. pengujian bending atau pengujian
kekuatan lentur adalah tegangan bending terbesaryang dapat diterima suatu
material akibat pembebanan dari luar tanpa mengalami deformasi yang besar
atau kegagalan. dalam pembebanan, besarnya kekutan lentur yang diperoleh
tergantung pada jenis material dan metode pembebananya. dalam pengujian
bending three point bagian tengah dari material akan mendapat beban tekan
sedangkan bagian samping bawah dari material akan mandapat beban tarik,
ketika dalam pengujian beban tekan akan lebih besar dari pada beban tariknya
sehingga pada saat pengujian beban material yang tidak mampu menahan
beban tarik yang diterima maka akan mengalami patah dan kegagalan dalam
pengujian komposit. gambar di bawah ini menjelaskan bagaimana cara
metode uji bending three point (Sari dan Sinarep, 2017).
Gambar 2.6 Pengujian Bending Three Point (Sari dan Sinarep, 2017)
Maka kekuatan bending dari suatu material dapat dirumuskan sebagai berikut :
19
(1)
(2)
(3)
Maka untuk perhitungan untuk kekuatan lentur, dapat digunakan persamaan
standar pengujian ASTM C 1161, yaitu sebagai berikut :
(4)
Dimana :
σ = Tegangan lentur (MPa)
d = Tebal / Depth (mm)
F = Beban /Load (N)
L = Panjang Span / Support span (mm)
b = Lebar/ Width (mm)
Sedangkan dalam mencari modulus elastisitas lentur dapat digunakan rumus
sebagai berikut :
(5)
Dimana :
Ef = Flexural Modulus Elastisitas lentur (MPa)
L = Panjang Span/Support (mm)
Δy = Selisih Beban Aksial maksimum dan minimum (N)
20
Δx = Selisih Displacement beban aksial maksimum dan minimum
(mm).
Dalam pengujian kekuatan lentur (flexural strength) ASTM C1161 juga
menentukan jenis dari pengujian bending, diantarannya pengujian bending
three point dan pengujian bending four point. Selain itu dalam standar ASTM
C1161 ini juga menentukan besarnya ukuran spesimen yang digunakan untuk
pengujian flexural, ada 3 jenis yang di berikan, opsi tersebut dapat dilihat
pada Tabel 2.5. Dari tabel tersebut toleransi untuk three point pada
configuration A adalah ±0,05 mm untuk setiap spesimen dan untuk B dan C
toleransi dimensi yakni ±0,13 mm. Sedangkan toleransi dimensi untuk four
point pada configuration A dan B ±0,015 mm dan pada C ±0,03 mm untuk
setiap spesimennya.
Tabel 2.1 Ukuran spesimen menurut ASTM C 1161
Configuration Width (b),
mm
Depth (d),
mm
Length (L) min,
mm
A 2,0 1,5 25
B 4,0 3,0 45
C 8,0 6,0 90
2.5 Pengujian Hoop Tensile Strength (ASTM D 2290)
Pada pengujian Hoop Tensile Strength ini menggunakan alat uji Split-Disk
yang yang dipasangkan pada spesimen uji lalu Split-Disk akan menarik dari
spesimen uji dari dua arah yang berbeda, contoh alat pengujian Hoop Tensile
Strength dapat dilihat pada gambar 2.7 di bawah ini :
21
Gambar 2.7 Alat Pengujian Hoop Tensile (ASTM, 2013).
Sehingga persamaan yang dapat dugunakan dalam menghitung besar
tegangan Hoop pada spesimen uji adalah sebagai berikut :
σth
(6)
Dimana :
σth = Tegangan Hoop Ultimate (MPa)
Fmax = Beban Maksimal Pada Failure Split-Disk (N)
Am = Luas Daerah Minimun dari Dua Bagian, d x b (mm2)
Maka, dengan demikian Modulus Elastisitas Hoop dapat dihitung dengan
persamaan sebagai berikut :
(7)
Dimana :
Eh = Modulus Elastisitas Hoop (MPa)
= Slope Linear Kurva Tegangan-Regangan (N/mm)
22
2.6 Pengujian Serap Air / Water Absorber
Pengujian daya serap air adalah pengujian dimana spesimen uji akan
direndam didalam air selama 96 jam, selanjutnya akan dilihat berapa
persentase daya serap dari spesimen tersebut dan massa dari spesimen uji
tersebut yang dapat dipersentasekan antara 0 – 100%. Adapun rumus untuk
daya serap air adalah sebagai berikut (Amin dan Suharto, 2017 ) :
Serap Air (%) :
(8)
Dimana :
W1 = Massa Spesimen Kering (Gram)
W2 = Massa Spesimen Setelah Menyerap Air (Gram)
2.7 Scanning Electron Microscopy (SEM)
SEM dilakukan untuk mengetahui struktur mikro permukaan material
termasuk porositas dan pembentukan retakan dan antar muka (interface)
antara agregat dan matriks. Analisis struktur mikro dengan SEM dapat
dilakukan pada sampel yang telah dipoles atau sampel yang tidak dipoles atau
sampel fraktur. Persiapan sampel yang hendak digunakan untuk pengujian
SEM dapat dipersiapkan dengan memotong sampel hingga berukuran tebal 2
mm dengan diameter 10 mm. Permukaan spesimen yang akan diperiksa
dipindai dengan berkas elektron, dan berkas elektron yang dipantulkan
dikumpulkan, kemudian ditampilkan pada tingkat pemindaian yang sama
pada tabung sinar katoda (mirip dengan layar televisi CRT). Gambar dilayar
berupa foto yang mewakili fitur permukaan spesimen. Perbesaran mulai dari
23
10 hingga lebih dari 50.000 kali dimungkinkan, begitu pula dengan
kedalaman bidang yang sangat besar. Dengan perlengkapan tambahan juga
memungkinkan analisis kualitatif dan semiquantitative dari komposisi unsur
dari area permukaan yang sangat terlokalisasi.
2.8 Rancangan Penelitan
Desain eksperimen adalah evaluasi secara bersamaan terhadap dua atau lebih
parameter terhadap kemampuan suatu suatu parameter untuk mempengaruhi
rata-rata atau variabilitas dari hasil penggabungan dari suatu eksperimen atau
percobaan. untuk mendapatkan hasil yang baik maka perlu kontrol yang bai
dari level dan faktor yang dikontrol dan dibuat bervariasi, maka dari hasil
kombinasi dan pengacakan secara variasi dari peningkatan atau pengurangan
tingkatan-tingkatan tersebut akan menghasilkan perbaikan lebih lanjut. tujuan
dari eksperimen adalah untuk memahami bagaimana cara mengendalikan
suatu variasi suatu produk dengan cara menambah atau mengurangi
banyaknya suatu bahan yang akan dibuat.
2.8.1 Metode Taguchi
Metode taguchi merupakan metode yang baru dalam pengunaanya
dalam ilmu eksperimen yang bertujuan untuk memperbaiki kualitas
produk dan dapat menekan sumber daya seminimal mungkin sehingga
biaya yang digunakan menjad lebih sedikit. metode taguchi juga
menjadikan suatu eksperimen menjadi kokoh terhadap faktor-faktor
gangguan yang dapat membuat eksperimen menjadi tidak baik, dengan
24
metode ini perancangan suatu ekperimen menjad kokoh. dalam buku
yang ditulis oleh Irwan Soejanto yang berjudul “Desain Eksperimen
Dengan Metode Taguchi” pada tahun 2009 mengatakan bahwa konsep
dari metode taguchi ada 3, yaitu sebagai berikut :
a. Kualitas harus didesain ke dalam produk dan bukan sekedar
memeriksanya.
b. Kualitas terbaik dicapai dengan meminimumkan deviasi dari target.
produk harus didesain sehingga kokoh (robust) terhadap factor
lingkungan yang tidak dapat dikontrol.
c. Kualitas harus diukur sebagai fungsi deviasi dari standar tertentu dan
kerugian harus diukur pada selurh sistem.
Eksperimen dengan metode taguchi juga menggunakan desain
eksperimen yang berguna untuk :
a. Merancang suatu produk / merancang proses sehingga kualitasnya
kokoh terhadapa kondisi lingkungan.
b. Merancang / mengembangkan produk sehingga kualitasnya kokoh
teerhadap variasi komponen.
c. Meminimalkan variasi di sekitar target (Soejanto, 2009).
2.8.2 Tahap Perencanaan Penelitian
Dalam melakukan suatu ekperimen tahapan dalam menetukan rencana
yang akan kita lakukan sangatlah penting karena dapat mempengaruhi
kualitas suatu eksperimen. Adapun dalam tahap perencanaan
eksperimen dalam metode taguchi adalah bagai berikut :
a. Perumusan masalah
25
b. Tujuan eksperimen
c. Penetuan variable tak bebas
d. Identifikasi faktor – faktor (Variabel bebas)
e. Pemisahan faktor kontrol dan faktor gangguan
f. Penentuan jumlah level dan nilai faktor
g. Perhitungan derajat kebebasan
h. Pemilihan Matriks ortogonal
i. Penempatan kolom untuk faktor dan interaksi ke dalam matriks
ortogonal.
2.8.3 Tahap Pelaksanaan Penelitian
Adapun tahapan dalam melakukan penelitian ada dua yaitu sebagai
berikut :
a. Jumlah Replikasi
Replikasi adalah pengulangan kembali suatu variasi yang sama
dalam suatu eksperimen dengan keadaan yang sama dengan tujuan
mendapatkan ketelitian yang tinggi dan mengurang tingkat kesalahan
pada percobaan.
b. Randomisasi
Randomisasi adalah pengacakan dalam urutan percobaan dengan
tujuan mendapatkan rata-rata dari faktor yang tidak bias
dikendalikan, semua bahan eksperiman akan mendapatkan suatu
26
perlakuan yang sama, dan mendaptkan hasil yang yang bebas satu
sama lain.
2.8.4 Tahap Analisa
Pada tahap ini analisa dari suatu eksperimen sangatlah penting, maka
dari itu dilakukan pengumpula data, pengaturan data, dan perhitunga
data yang akan disajikan dalam suatu tertentu yang telah ditentukan
oleh eksperimen yang dibuat.
a. Rasio S/N
Rasio S/N (Rasio Signal-To-Noise) digunakan untuk memilih faktor
– faktor yang memiliki kontribusi pada pengurangan variasi suatu
respon. Rasio S/N merupakan rancangan untuk transformasi
pengulangan data ke dalam suatu nilai yang merupakan ukuran varisi
yang timbul.
1. Semakin kecil, semakin baik
Analisa pada tahap ini semakin kecil semakin baik ialah bila
mana angka yang didapatkan sekain kecil (mendekati nol) maka
hasil tersebut adalah hasil yang diinginkan.
2. Tertuju pada nilai tertentu
Analisa pada tahap ini ialah hasil yang didapatkan akan baik
apabila nilai yang didapatkan mendekati nilai yang telah
ditentukan.
27
3. Semakin besar, semakin baik
Analisa pada tahap ini semakin besar nilai yang didapatkan maka
hasil tersebut adalah hasil yang diinginkan.
2.8.5 Matriks Ortogonal
Matriks ortogonal adalah suatu matriks yang disusun berdasarkan baris
dan kolom. Baris merupakan level bahan yang ingin kita gunakan,
maksud dari level adalah berapa jumlah komposisi yang akan kita
gunakan dalam eksperimen sedangkan kolom adalah faktor yang akan
kita gunakan, maksud dari faktor ialah berapa jenis bahan yang akan
kita gunakan dalam eksperimen yang akan dimasukan dalam matriks
ortogonal (Soejanto, 2009). Dibawah ini adalan contoh matriks
ortogonal yang akan digunakan dalam eksperimen percobaan :
28
Tabel 2.2 Contoh Matriks Ortogonal dalam eksperimen (Sidi dan
Wahyudi, 2013).
Nomor
Pengujian
Nomor Kolom
1 2 3 4
1 1 1 1 1
2 1 2 2 2
3 1 3 3 3
4 2 1 2 3
5 2 2 3 2
6 2 3 1 2
7 3 1 3 2
8 3 2 1 3
9 3 3 2 1
Basic mark a b ab ab2
Assignment A B e C
29
BAB III
METODELOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dimulai pada bulan Februari 2019 – Desember 2019. Penelitian
ini dilakukan di 3 tempat yaitu di Laboratorium Mekanika Struktur Jurusan
Teknik Mesin Universitas Lampung. Pengujian Bending Three Point dan
Hoop Tensile Strength di Balai Penelitian Teknologi Mineral (LIPI) Tanjung
Bintang, Lampung Selatan, kemudian pengujian SEM di Laboratorium Kimia
Terpadu MIPA Universitas Lampung.
3.2 Tahapan Penelitian
Adapun tahapan dalam penelitian ini dibagi menjadi beberapa tahan yaitu
sebagai berikut :
3.2.1 Survei Lapangan dan Studi Literatur
Tahapan yang dilakukan adalah studi literatur baik dari buku, jurnal dan
penelitan sebelumnya sebagai dasar dari masalah yang akan dihadapi.
serta menyusun rencana kerja sebagai pedoman dan pembanding atas
hasil pengujian yang akan dianalisa.
30
3.2.2 Pembuatan Spesimen Pengujian
Dalam pembuatan spesimen pengujian yang akan diuji dengan metode
Bending three point dan Hoop tensile. Standar geometri dan dimensi
yang digunakan ialah ASTM C 1161 untuk Bending Three Point dan
ASTM D 2290 untuk Hoop Tensile.
3.2.3 Pengujian Spesimen uji
Pengujian geopolimer yang dilakukan yaitu pengujian sifat mekanik
dan pengujian penyerapan air. Pada pegujian sifat mekanik terdapat 2
pengujian yaitu Bending Three Point test berdasarkan standar ASTM
C1161 dan Pengujian Hoop Tensile Strength berdasarkan standar
ASTM D 2290.
3.2.4 Tahap Analisa
Dalam tahap analisa, data pengujian yang diperoleh akan diolah untuk
mencari tegangan lentur maksimum dari masing-masing spesimen.
Kemudian akan diolah dengan aplikasi MINITAB 2018 dengan
menggunakan metode taguchi agar mendapatkan komposisi optimum.
3.3 Pengolahan Data Komposisi Geopolimer
Data komposisi dari bahan yang akan dibuat dengan metode taguchi dapat
dilihat pada matriks ortogonal dibawah ini :
31
Tabel 3.1 Desain Komposisi Geopolimer yang akan dibuat dengan metode
Taguchi.
No
Silikon
dioksida
(g)
Kaolin
(g)
Sodium Silikat
(g)
Sodium
Hidroksida
(g)
1. 27 55 15 15
2. 27 53 20 10
3. 27 51 22,5 7,5
4. 30 55 20 7,5
5. 30 53 22,5 15
6. 30 51 15 20
7. 33 55 22,5 20
8. 33 53 15 7,5
9. 33 51 20 15
3.4 Pembuatan Spesimen Uji Bending Three Point
Pembuatan spesimen uji geopolimer yang akan dilakukan dengan
menggunakan dimensi sesuai standar ASTM C 1161 yang dapat dilihat pada
gambar 3.1 di bawah ini :
Gambar 3.1 Geometri dan dimensi spesimen uji Bending Three Point ASTM
C 1161.
L = 90 mm d = 6 mm
b = 8 mm
32
Adapun tahapan dalam pembuatan spesimen untuk uji Bending three point
adalah sebagai berikut :
a. Langkah pertama yang dilakukan adalah tahap persiapan, tahap-tahap
dalam proses mempersiapan material geopolimer campuran material antara
silikon dioksida, kalsium oksida, kaolin, serat karbon dan aktivator
(Sodium silikat dan NaOH).
b. Mencampurkan material geopolimer dan aktivator dengan menggunakan
mixer hingga merata.
c. Menuangkan campuran geopolimer ke dalam cetakan.
d. Pemberian perlakuan penekanan untuk memadatkan geopolimer.
e. Spesimen dilepaskan dari cetakan, selanjutnya spesimen diinkubasi dengan
temperatur (30-35℃) dan didiamkan selama (7 - 28 hari).
3.5 Penyiapan Bahan-Bahan untuk Pembuatan Pipa
Dalam menyiapkan bahan-bahan untuk pembuatan pipa geopolimer adalah
sebagai berikut :
3.5.1 Bahan-Bahan yang Digunakan
a. Serat Karbon
b. Sodium Silikat (Na2SiO3)
c. Sodium Hidroksida (NaOH)
d. Aquades (H2O)
33
3.5.2 Persiapan Pembuatan Pipa
a. Menghitung volume pipa yang akan dibuat dengan panjang pipa 25
cm, diameter pipa 10 cm dan tebal pipa 0,8 cm.
b. Memotong serat karbon sepanjang 5 mm sebanyak 20,23 gram.
c. Menimbang Silikon Dioksida sebanyak 156,06 gram.
d. Menimbang Kaolin sebanyak 294,78 gram.
e. Menimbang Kalsium Oksida sebanyak 52,02 gram.
f. Menyiapkan aktivator yaitu Sodium Silikat dan Sodium Hidroksida.
g. Mencampurkan bahan geopolimer dengan aktivator dalam satu
tempat.
h. Mengaduk bahan-bahan geopolimer dan aktivator dengan mixer agar
tercampur rata.
3.6 Proses Centrifugal Casting
Dalam proses centrifugal casting adapun alat-alat yang digunakan adalah
sebagai berikut :
3.6.1 Alat-alat yang Digunakan
a. Inkubator
Gambar 3.2 Inkubator
34
b. Cetakan pipa
Gambar 3.3 Cetakan Pipa
c. Mesin Centrifugal Casting
Gambar 3.4 Mesin Centrifugal Casting
3.6.2 Proses Pembuatan Pipa
a. Meletakkan bahan geopolimer yang telah dimixer ke dalam cetakan
pipa.
b. Meratakan bahan geopolimer di dalam cetakan pipa agar pada saat
pencetakan bahan geopolimer terbentuk pipa secara merata.
c. Menaruh cetakan pipa di mesin centrifugal casting.
d. Menghidupkan mesin centrifugal casting selama satu jam agar bahan
geopolimer menjadi pipa.
35
e. Melepaskan cetakan pipa dari mesin centrifugal casting.
f. Meletakkan cetakan pipa ke dalam inkubator dengan temperatur 35 –
40 ˚C.
g. Mendiamkan cetakan pipa di dalam inkubator selama 7 – 14 hari.
h. Meletakkan cetakan pipa ke dalam pemanas oven.
i. Menghidupkan pemanas oven selama 30 – 60 menit.
j. Melepaskan pipa geopolimer dari cetakan pipa. Hasil cetakan pipa
geopolimer dengan cetakan centrifugal casting dapat dilihat pada
gambar 3.5 di bawah ini :
Gambar 3.5 Hasil Pencetakan Pipa Geopolimer
3.7 Pembuatan Spesimen Pengujian Hoop Tensile Strength Dengan Standar
ASTM D 2290
Tahapan dalam pembuatan spesimen pengujian Hoop Tensile Strength adalah
sebagai berikut :
a. Menentukan berapa panjang pipa yang akan dilakukan pengujian. Dalam
hal ini sesuai dengan standar ASTM D 2290 yang dapat dilihat pada
gambar 3.6 dibawah ini :
36
Gambar 3.6 Geometri Spesimen Uji Hoop tensile ASTM D 2290.
b. Mengukur dan membuat garis potongan pada pipa geopolimer. yang dapat
dilihat pada gambar 3.7 di bawah ini :
Gambar 3.7 Pipa Geopolimer Yang akan Dipotong.
c. Memotong Pipa geopolimer dengan panjang 22,6 mm. Sesuai dengan
standar ASTM D 2290.
d. Menghaluskan permukaan pipa geopolimer dengan amplas.
e. Membuat takikan pada pipa geopolimer dengan radius 8,8 mm.
f. Pipa geopolimer yang telah dibuat takikan siap untuk pengujian. Pipa
dibawah ini : geopolimer yang siap untuk pengujian dapat dilihat pada
gambar 3.8 di bawah ini :
22,6 mm
100 mm R 8,8 mm
13,9 mm
37
Gambar 3.8 Spesimen Pipa Geopolimer Siap Uji.
3.8 Pengujian Sifat Mekanik Geopolimer
Dalam Pengujian Sifat Mekanik Geopolimer ada 3 Pengujian, Yaitu sebagai
berikut :
3.8.1 Pengujian Bending Three Point
Prosedur pengujian Bending Three Point adalah sebagai berikut :
a. Menghidupkan mesin Computer Universal Testing Machines HT –
2402.
b. Memasang alat pengujian Bending Three Point pada mesin UTM.
Pastikan posisi alat pengujian tidak miring.
c. Meletakkan spesimen pengujian ditengah pada alat pengujian.
d. Memastikan spesimen pengujian lurus dan tidak miring pada alat
pengujian. Yang dapat dilihat pada gambar 3.9 di bawah ini :
38
Gambar 3.9 Pengujian Bending Three Point
e. Melakukan pengujian Bending Three Point, Dimana indentor
menekan kearah bawah kecepatan pembebebanan yang konstan.
f. Menghitung Flexural Strength dan Modulus Elastisitas dari data
yang telah diperoleh.
3.8.2 Pengujian Hoop Tensile Strength
Prosedur Pengujian Hoop Tensile Strength adalah sebagai berikut :
a. Menghidupkan mesin Computer Universal Testing Machines HT –
2402.
b. Memasang alat pengujian Hoop Tensile Strength pada mesin UTM.
c. Memastikan alat pengujian Hoop Tensile Strength lurus dan tidak
miring.
d. Memasang spesimen uji pada mesin UTM. Yang dapat dilihat pada
gambar 3.10 di bawah ini :
Spesimen
Indentor
39
Gambar 3.10 Pengujian Hoop Tensile Strength
e. Melakukan pengujian dimana spesimen akan ditarik konstan kearah
atas dengan pembebanan yang konstan.
f. Menghitung Hoop Tensile dan Modulus Elastistas dari data
pengujian yang telah diperoleh.
3.8.3 Pengujian Penyerapan air / Water Absorb
Tahapan dalam Pengujian penyerapan air adalah sebagai berikut :
a. Menyiapkan spesimen geopolimer yang akan diuji.
b. Menyiapkan gelas ukur yang akan diisi air sebanyak 1000 ml.
c. Mengisi gelas ukur air sebanyak 1000 ml.
d. Menimbang massa spesimen pengujian sebelum di masukan ke
dalam gelas ukur.
e. Memasukkan spesimen uji ke dalam gelas ukur yang telah diisi air
f. Membiarkan spesimen uji di dalam gelas ukur yang berisi air
selama 96 jam. Dapat dilihat pada gambar 3. dibawah ini :
Spesimen
Alat Uji Hoop
40
Gambar 3.11 Pengujian Penyerapan air
g. Menimbang massa spesimen uji setelah pengujian penyerapan air.
h. Menghitung seberapa besar penyerapan air dari spesimen
geopolimer tersebut.
Spesimen
41
3.9 Diagram Alir Penelitian
1. Survei lapangan
2. Studi literatur tentang Geopolimer
Mulai
Persiapan material Geopolimer
silika sekam padi, kalsium
oksida, Kaolin, dan serat
karbon.
Proses persiapan Aktivator
Aquades, Sodium Silikat
dan NaOH
Silika sekam padi
Pencampuran material Geopolimer
dan Aktivator
a
42
Gambar 3.12 Diagram alir penelitian
Pencetakan spesimen
Pengujian geopolimer
Material dimasukan ke dalam inkubator
Apakah Data
Hasil pengujian
lengkap ?
Hasil Pengujian
Tidak
Ya
Analisa Hasil
Kesimpulan dan Saran
Selesai
a
64
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang dapat diambil dalam penelitian ini adalah sebagai
berikut :
1. Hasil pengujian yang telah dilakukan dengan metode Taguchi dapat
disimpulkan bahwa Sodium Hidroksida memiliki pengaruh yang lebih besar
dibandingkan dengan Sodium silikat terhadap sifat mekanik komposit
geopolimer.
2. Komposisi komposit geopolimer terbaik berada pada Spesimen pengujian 3,
dengan silikon dioksida 27%, CaO 9%, Kaolin 51% dan Serat Karbon 13%
dengan Flexural Strength rata-rata 58.16 MPa. Sedangkan Komposisi
optimum pada metode taguchi 33 % silikon dioksida, 51% Kaolin, 35 CaO,
Serat Karbon 13%, Sodium silikat 22,5 gr dan Sodium hidroksida 7,5 gr.
3. Pipa geopolimer yang dicetak dengan Centrifugal Casting mengalami
penurunan tebal pipa 35%, dengan hasil pengujian mekanik pipa,
mendapatkan Hoop Tensile Strength paling baik pada pipa spesimen ke 2
65
yaitu 1,06 MPa dengan komposisi 27% Silikon dioksida, 51% Kaolin, CaO
9% dan Serat Karbon 3,5%.
5.2 Saran
Adapun saran yang dapat diberikan pada penelitian selanjutnya ialah sebagai
berikut :
1. Melakukan penelitian pembuatan pipa geopolimer dengan centrifugal casting
dengan menvariasikan putaran pada cetakan pipa.
2. Perlu dilakukan penelitian yang lebih mendalam mengenai bagaimana cara
mengeringkan komposit geopolimer, dengan cara yang cepat tanpa merusak
spesimen geopolimer.
DAFTAR PUSTAKA
Akmal, J., Badaruddin M., Ismoyo M.K., Yuwono S.D., 2019, Optimization Of
Matrix Composition Al2O3, Caolin and CaO on the mechanical properties
of a geopolymer composite with short carbon fiber. Departement of
Mechanical Engineering, Departement of Chemical Science. University
of Lampung. Bandar Lampung.
Amin, M., dan Suharto, 2017, Pembuatan Semen Geopolimer Ramah Lingkungan
Berbahan Baku Mineral Basal Guna Menuju Lampung Sejahtera. Balai
Penelitian Mineral Lampung-LIPI. Tanjung Bintang. Lampung Selatan.
ASTM, C 1161, 1990, Standard test method for flexural strength of advanced
ceramics at ambient temperature. Mannual Book of ASTM standard.
ASTM, D 2290, 2003, Standard Test Method for Apparent Hoop Tensile Strength
of Plastic or Reinforced Plastic Pipe by Split Disk Method. Mannual
Book of ASTM Standard.
Berzins, A., Andris M., Uldis G., Janis L., 2017, Mechanical Properties of Wood
Geopolymer Composite. Latvia University of Agriculture. Forest and
Wood Products Research and Development Institute. Latvia.
Callister, W.D. Jr., 1940, Materials Science and Engineering 7th. Department of
Metallurgical Engineering. University Of Utah.
Campbell, F.C., 2010, Structure Composite Materials. ASM International.
Chandra, A., Arry M. Y.I.P., Livia B.W, dan Andika P., 2012, Isolasi dan
Karakterisasi Silika Dari Sekam Padi. Lembaga Penelitian dan
Pengabdian Kepada Masyarakat. Universitas Katolik Parahiyangan.
Davidovits, J., 2015, Geopolymer Chemistry and Applications 4th Edition. Instute
Geopolymer, Saint-Quentin. France.
Ilmiah, R., 2017, Pengaruh Penambahan Abu Sekam Padi Sebagai Pozzolan
Padan Binder Geopolimer Menggunakan Alkali Aktivator Sodium Silikat
(Na2SiO3) Serta Sodium Hidroksida (NaOH). Jurusan Teknik Sipil,
Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Institut Teknologi Sepuluh
November. Surabaya.
Okoye, F.N., Durgaprasad J., Singh N.B., 2015, Flyash/Kaolin Based Geopolyner
Green Concretes and Their Mechanical Properties. Departement of Civil
Engineering, Sharda University. Greater Noida. India.
Okoye, F.N., Durgaprasad J., Singh N.B., 2015, Mechanical Properties of Alkali
Activated flyash/Kaolin Based Geopolymer Concrete. Departement of
Civil Engineering, Sharda University. Greater Noida. India.
Prasad, M.S., Reid K.J., Murray H.H.,1991, Kaolin : Processing, Properties and
Applications. Mineral Resources Center. University of Minnesota.
Minneapolis.
Sari, N.H., dan Sinarep, 2017, Analisa kekuatan bending komposit epoxy dengan
penguatan serat nilon, Jurusan Teknik Mesin, Universitas mataram. Nusa
Tenggara Barat.
Sidi, P., dan Wahyudi M.T., 2013, Aplikasi metode taguchi untuk mengetahui
optimasi kebulatan pada proses bubut CNC. Jurusan Teknik
Permesinan Kapal, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya. Surabaya.
Soejanto, I., 2009, Desain Eksperimen Dengan Metode Taguchi. Edisi Pertama.
Graha Ilmu, Yogyakarta.
Soltani, N., Bahrami A., Pech-Canul M.I., Gonzalez L.A., 2014, Review on the
Physicochemical Treatments of Risk Husk for Production of
Advanced Materials. Politecnico Nacional Cinvestav-Saltillo.
Coahuila. Mexico.
Wahid, M., 2018, Rancang Bangun Alat Centrifugal Casting. Jurusan Teknik
Mesin. Fakultas Teknik. Universitas Lampung. Bandar Lampung
Zivica, V., Palou M.T., dan Martin K., 2014, Geopolymer Cements and Their
Properties. Slovak University Of Technology in Bratislava.